JP2016138432A - 水底地盤貫入深度計測装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、メタンハイドレートが存在するのは水深300m以上の海底地盤である。従来、このような条件では、コーン圧入、引き抜き装置、データ収録装置等を搭載したユニットおよび信号ケーブルの上げ下ろしや操作を行うためには大きなウインチを有する掘削船や掘削リグが不可欠であり、調査には多大な費用と時間を要するため、大水深域での測定例は極めて少ないのが現状である。
本発明によれば、貫入プローブを海や湖等の水底地盤に貫入すると水底検知部材が水底地盤の表面に留まり、この状態から更なる貫入プローブの貫入に応じて水底検知部材に設けた標点を撮影手段で撮影することで撮影手段と標点との距離の変化に応じた三次元位置情報を取得でき、この三次元位置情報に基づいて計測手段によって貫入プローブの水底地盤への貫入深度を演算できる。また、計測した貫入深度に基づいて貫入速度や貫入深度に応じた貫入抵抗を計測・演算できる。
なお、本発明において水底検知部材に設けた標点とは、水底検知部材に直接取り付けた標点と水底検知部材から特定距離だけ上方の位置で水底検知部材に連結された他の部材上に設置した標点とを含むものとする。他の部材上に標点を取り付けた場合には標点が水底検知部材から離れているために撮影の際に海底や湖底の土埃等の悪影響を受けることが少なくなる利点がある。
複数のアーム部に撮影手段を設けることで確実に標点を撮影して各三次元位置情報に基づいて貫入プローブの水底地盤への貫入深度を演算できる。
標点を発光部としたことで、大水深域の海底でも確実に標点を撮影できる。
貫入プローブを水底地盤に貫入させる際、貫入プローブと一体に降下する水底検知部材のプレートが水底地盤の表面位置に載置されて留まることで、貫入プローブだけを水底地盤内に貫入させて標点と撮影手段との相対距離を貫入深度に応じて変化させることができる。
本実施形態による水底地盤貫入深度計測装置20は海底や湖底等の水底地盤への貫入プローブ21の貫入深度や貫入抵抗を計測する装置であり、特に大水深域の海底地盤や湖底地盤内の表層から数メートルの範囲における貫入深度や貫入抵抗を計測することができる。この表層領域は海底の表層に存在するメタンハイドレートの堆積深度である。
図1及び図2に示すように、ロッド25の上端部にはロッド25の長手方向に直交する水平方向にフレームとして十字フレーム27が固定されている。十字フレーム27の上部にはウエイト28が取り付けられ、更にロッド25の上端にはワイヤWが連結されている。また、十字フレーム27は例えば長さ1000mm〜1500mm程度の長さの各アーム部27aが90度間隔で配設され、その先端部には後述する標点33を撮影するための水中ビデオカメラ29がそれぞれ取り付けられている。水中ビデオカメラ29は図示しない耐圧ハウジング内に収納され、例えば鉛直下向きに設置されている。
また、長尺中空部23内には、上述した従来技術と同様に、圧力検知部として圧力センサ5及びロードセル6が設置され、更にデータ記録手段を含む計測回路7と電池8が内蔵され、貫入プローブ21を海底地盤に挿入する際の貫入抵抗を測定できるようにしている。
また、測定手段34では、上述した圧力検知部としての圧力センサ5及びロードセル6によって貫入プローブ21の貫入深度に応じた貫入抵抗を測定している。そして、貫入深度や貫入抵抗等の情報を計測回路7のデータ記録手段36にそれぞれ記憶することができる。
なお、水中ビデオカメラ29の位置を基準とする標点33の三次元位置情報を計測する計測手段35は、貫入抵抗を記憶するデータ記録手段36とは別個に設置してもよい。
本実施形態による水底地盤貫入深度計測装置20では、調査船10の船上のウインチ11を用いてワイヤWを介して、図5(a)に示すように貫入プローブ21を海底地盤に向けて降下させていく。このとき、4個の水中ビデオカメラ29で水底検知部材30のプレート31に設けた各標点33をそれぞれ撮影する。貫入プローブ21が海底地盤に貫入する前の段階では水中ビデオカメラ29と標点33との距離は変化せず、レンズは基準位置にある。
しかも、貫入プローブ21の海底地盤からの貫入量と貫入時間との関係から貫入速度も演算できる。
また、貫入プローブ21の海底地盤への貫入によるコーン22の先端の貫入抵抗を圧力検知部としての圧力センサ5及びロードセル6で測定できる。そのため、貫入プローブ21の海底地盤内への貫入量と貫入抵抗とを精度良く測定できる。
本実施形態による水底地盤貫入深度計測装置20によれば、海底地盤の貫入深度と貫入深度の変化に対応する貫入抵抗の変化とを正確に評価できるため、堆積地盤の強度特性やメタンハイドレート堆積深度の推定が可能である。
そのため、海底地盤の深度変化に応じた貫入抵抗を正確に評価できるので、海底地盤内におけるメタンハイドレート堆積深度や一般の堆積地盤の強度特性を精度良く推定することができる。
例えば、上述した実施形態による水底地盤貫入深度計測装置20では、貫入プローブ21の十字フレーム27に90度間隔で4個の水中ビデオカメラ29を固定すると共に水底検知部材30に90度間隔で4個の標点33を対向して設け、連続して撮影して水中ビデオカメラ29と標点33との距離を測定するようにしたが、水中ビデオカメラ29と標点33の数は各4個に限定されるものではなく、1または複数個、例えば5個以上設置してもよく、また等間隔に設置しなくてもよい。また、水中ビデオカメラ29と標点33の数は同数でなくてもよく、この場合、各水中ビデオカメラ29でいずれかの標点33を撮影できればよい。
また、計測手段35は長尺中空部23の計測回路7に設けなくてもよく、例えば水中ビデオカメラ29の近傍または内部に設置してもよい。
また、撮影手段は水中ビデオカメラ29に限定されるものではなく、スチールカメラ等でもよい。いずれの場合も撮影時の合焦位置における基準位置からのレンズの移動量によって撮影手段と標点33との距離を測定できる。
21 貫入プローブ
25 ロッド
27 十字フレーム
29 水中ビデオカメラ
30 水底検知部材
31 プレート
33 標点
35 計測手段
Claims (4)
- 水底地盤へ貫入する貫入プローブと、
前記貫入プローブの長手方向に相対移動可能に設けられていて水底地盤の表面に留まる水底検知部材と、
前記水底検知部材に設けた標点と、
前記貫入プローブに取り付けられていて前記貫入プローブを水底地盤に貫入する際に一体に移動して前記標点を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段と標点との距離の変化から前記貫入プローブの水底地盤への貫入深度を計測する計測手段と、
を備えたことを特徴とする水底地盤貫入深度計測装置。 - 前記貫入プローブには異なる方向に複数のアーム部が張り出すフレームが設けられ、前記複数のアーム部にそれぞれ前記撮影手段を取り付けた請求項1に記載された水底地盤貫入深度計測装置。
- 前記標点は前記撮影手段に対向する位置に設けられた発光部を有している請求項1または2に記載された水底地盤貫入深度計測装置。
- 前記水底検知部材は水底地盤の表面に留まるプレートを有している請求項1から3のいずれか1項に記載された水底地盤貫入深度計測装置。
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